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基于平面及双层耦合结构的高性能微波无源滤波器设计及实现

罗讯  
【摘要】:本文基于各种平面/双层耦合结构,提出并研制了多种满足不同需求的新型高性能、小型化滤波器。本论文的研究成果在无线通信系统中的滤波器设计中,具有重要的应用价值。 第一章首先对现有的用于设计滤波器的各种方法以及结构进行了回顾。目前,越来越多的滤波器采用了具有耦合性高、结构紧凑、布局多样化等特点的多层耦合结构。然而,基于多层耦合结构研制的滤波器,仍然有不少问题亟待解决。 第二章系统分析了各种对称/非对称传输线耦合结构,并推导了其相应的等效网络拓扑模型。同时,归纳列举了一部分在多层耦合结构中常用的子结构单元及其等效电路模型。最后,运用传输线耦合结构理论和双层微带线/共面波导(CPW:Coplanar Waveguide)耦合结构,举例说明了传输线耦合理论在基于多层耦合结构的滤波器设计中的重要指导意义。 第三章提出了基于CPW结构设计的具有多谐振点、可控阻带带宽的裂模CPW谐振器,以及具有超宽带匹配特性的双层微带线/CPW耦合结构,设计了具有可控阻带的超宽带(UWB:Ultra-Wideband)带通滤波器。同时,基于λ/4折叠形槽线、λ/4嵌入式CPW谐振器、以及λ/4折叠形缺陷微带线等结构单元及其窄阻带特性,研制了具有可控带内双、四极窄带干扰信号抑制特性的UWB带通滤波器。 第四章研究了新型双通带滤波器的设计方法。首先提出了具有阶跃负载支线的六角阶跃谐振器(SIR:Stepped Impedance Resonator)。这种谐振器相对于传统SIR谐振器,具有独立的双模工作频率调谐机理以及多样化的匹配架构。基于该谐振器,分别设计了两种窄带、宽带双通带带通滤波器。然后,提出了具有多谐振模式的新型嵌入式螺旋微带线结构,基于该结构设计了具有低插损、小尺寸、满足无线局域网络(WLAN:Wireless Local Area Networks)双通带系统应用的双通带带通滤波器。再次,基于双层微带线/槽线耦合结构的能量传输特性分析了该结构的零点产生机制,提出了具有高选择性、7零点特性的可调双通带带通滤波器。 第五章研究了对称/非对称复合耦合结构的工作特性,并基于对称/非对称复合耦合λ/4短路微带谐振器,研制了具有宽阻带特性的滤波器。同时,研究了双层微带线/缺陷地(DGS:Defected Ground Structure)/CPW复合耦合结构的特性。基于这种新型双层耦合结构,设计出了具有小尺寸,高陡峭度,超宽阻带特性的高性能滤波器。然后,提出了具有超宽阻带特性的双层微带线/DGS耦合结构单元,并结合各种交指耦合架构,研制了具有12倍以上工作中心频率抑制的超宽阻带(抑制度大于30 dB)、较小电路尺寸的二阶、四阶带通滤波器。再次,提出了具有可调谐谐振频率、双零点特性的双层微带线/交指DGS耦合结构单元,并结合具有短路支线的交指耦合架构的窄带耦合特性和缺陷微带线结构的低辐射、高电容耦合特性,研制了具有高达420 dB/GHz以上通带选择性、3.75倍工作中心频率的宽阻带带通滤波器。最后,提出了基于新型双层微带线/互补SRR耦合谐振器,研制了一种具有高通带选择性、较宽阻带的宽带滤波器。 第六章总结了本论文的主要工作。同时,对无线通信系统中基于多层耦合结构的高性能、小型化滤波器的潜在研究和应用进行了展望。


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